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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Rückschlagventil für strömbare Medien nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Bei einem bekannten gattungsgemäßen Rückschlagventil (
DE 40 25 488 A1 bzw.
EP 0 302 068 B1 ) ist vor allem eine Minimierung der äußeren Einbaumaße des Ventilgehäuses bei einem maximalen Durchströmquerschnitt angestrebt. Außerdem soll durch Ventilglied und Schließfeder das durchströmende Medium so gering wie möglich behindert oder beeinflusst werden, wobei besonders die dem strömenden Medium ausgesetzte Feder Nachteile mit sich bringen kann. Diese Nachteile wirken sich besonders dann aus, wenn die Feder stromab des Ventilsitzes angeordnet ist. In manchen Anwendungsfällen derartiger Minirückschlagventile sind solche Einflüsse äußerst störend, abgesehen davon, dass besonders in diesem Bereich die Einhaltung eines möglichst großen Durchströmquerschnittes problematisch ist, schon allein wegen des vorgegebenen Durchmessers der Schraubenfeder und des damit verbundenen Maximaldurchströmquerschnitts. Während der Durchströmquerschnitt im Ventilsitzbereich aufgrund des steuerbaren Hubes des Ventilgliedes an sich unproblematisch ist und auch die Ausnehmungen stromab des Ventilsitzes im Ventilglied selbst verhältnismäßig groß gehalten werden können um dadurch eine Verringerung des Durchströmquerschnittes zu vermeiden ist hingegen im Bereich stromab des Ventilgliedes also im Bereich der Schließfeder oder diesbezüglicher Stütz- oder Verwirbelungsverhinderungshülsen die Querschnittseinhaltung problematisch. Bei innen durchströmten Federn wirkt sich als Grenze für den maximalen Durchströmquerschnitt der verbleibende Restdurchmesser gemäß der bekannten quadratischen Funktion eine Flächenberechnung eines Kreises aus, während bei den Lösungen, bei denen die Schließfeder außen umströmt wird der Nachteil einer Feder mit geringerem Zylinderdurchmesser in Kauf genommen werden muss bzw. der weitere Abfluss des Mediums innerhalb der Abflussbohrung problematisch sein kann.
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Bekannt ist ferner eine Rückschlagventilanordnung zur Positionierung in einem freien Strömungsquerschnitt, die eine hat, eine Ventilanordnung, die in ein Rohrstück einsetzbar ist und dort an einer inneren aufwärts weisenden Anschlagschulter anschlägt. Die Anordnung enthält einen rohrförmigen elastischen Ventilsitz, der zur Anlage an der Anschlagschulter montiert wird, ein rohrförmiges Stegelement, das durch den Sitz hindurchgeführt ist und eine äußere Schulter hat, die an dem Sitz einrastet. Das Rohrstück weist eine innere ringförmige Aussparung sowie einen an einer Seite offenen ausdehnbaren Befestigungsring auf, dessen freie Enden umgebogen sind. Dieser Ring ist zur Anlage an das obere Ende des Stegelements in die Nut einsetzbar, um die Anordnung in dem Rohrstück zu arretieren. Die Nut ist so positioniert, dass der Ring in ihr, wenn er mit dem Stegelement einrastet, das Stegelement fest gegen den elastischen Sitz drückt, um denselben unter Druck zu halten. Die Ventilanordnung umfasst auch ein abwärts öffnendes Ventilglied, das in dem Stegelement ausreichend geführt ist. Das Ventilglied besteht aus einem Ventilzapfen, der zur Verschraubung mit dem Ventilglied an seinem unteren Ende mit einem Gewinde versehen ist (
US 2,182,278 A ).
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Schließlich ist auch ein zwischen zwei Rohrleitungen mit ausreichend großem Querschnitt angeordnetes Rückschlagventil bekannt, das aus einem Gehäuse, einem Ventilsitz und einer Ventilführung besteht. In dieser ist ein bewegliches Ventilglied mit einem Zapfen geführt, der einen Kopf aufweist, der das Ventil gegen den Sitz schließt oder das Ventil für den Fluidstrom teilweise öffnet. Der Kopf wird durch eine am Zapfen angreifende Druckfeder gegen den Ventilsitz gedrückt. Sein Durchmesser ist mindestens so groß wie der Innendurchmesser des Rohres und weist stromab auf seiner Rückseite eine Vielzahl von radial zueinander beabstandeter, in dem Gehäuse geführter Leitflächen auf, die zur Begrenzung des Öffnungshubs des Ventilglieds auf der gegenüberliegenden Rohrleitung aufsetzen und auch dann noch einen Fluidstrom ermöglichen, wenn der Ventilkopf auf dem Rohrende aufsitzt (
US 4,971,093 A ).
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Die Erfindung und ihre Vorteile
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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der stromab des Ventilsitzes vorhandene verbleibende Raum im Ventilgehäuse, der sogenannte schädliche Raum äußerst klein gehalten werden kann bei einem maximalen Durchströmquerschnitt – keine zusätzlichen Teile in der Abflussbohrung ohne dass deshalb stromauf des Ventilsitzes strömungstechnische oder bauliche Probleme entständen. Besondere Vorteile bestehen auch bei Einsatz dieses Rückschlagventiles als Saugventil, da die für die Saugwirkung beaufschlagte Fläche stromab des Ventilsitzes unbehindert vom Medium beaufschlagbar ist.
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Als Schließkraft dient eine mit Druck arbeitende Schraubenfeder, welche sich einenends am Gehäuse abstützt und andernends an einem Zapfen angreift entgegen der Strömungsrichtung am Ventilglied angeordnet ist. Ein solcher Zapfen wird vorzugsweise einstückig mit dem Ventilglied gebildet insbesondere wenn es sich um besonders kleine Rückschlagventile handelt. Vorteilhafterweise bildet der Zapfen auch eine radiale Stütze der Schraubenfeder gegen Abknicken.
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Der Zapfen ragt durch die Schraubenfeder und weist zu deren Abstützung am freien Ende eine für die Federmontage demontierbares Auflager auf. Bei dem Auflager des Zapfens kann es sich um einen Sicherungsring handeln, der in eine entsprechende Ringnut des Zapfens eingreift.
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Stromauf des Ventilsitzes ist im Gehäuse ein Ringraum um das Ventilglied angeordnet, welcher über radiale Öffnungen mit dem Strömungszufluss verbunden ist. Derartige kleine Rückschlagventile werden meist nachträglich in ein größeres Bauteil beispielsweise Maschinenblock in eine entsprechende Gewindebohrung eingeschraubt, so dass diese Gewindebohrung oder der sich anschließende Kanal als Strömungszufluss dient. Der Zufluss umströmt somit den Zapfen und die um den Zapfen angeordnete Schraubenfeder. Aufgrund dieses verhältnismäßig großen Durchmessers dieser Gewindebohrung ist auch der hier als Ringraum zwischen Federbereich und Gewinde vorhandene Zuströmquerschnitt ausreichend groß. Für die radialen Öffnungen ist in jedem Fall ausreichend Bauraum vorhanden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Ringraum durch eine Stufenbohrung im Gehäuse und die Mantelfläche des Ventilgliedes bzw. des Zapfens begrenzt, wobei eine Stufe den Ventilsitz bildet, hingegen in einem anderen Bohrungsabschnitt der Zapfen geführt ist. Erforderlichenfalls kann hierdurch sogar eine Verdrehsicherung des Ventilgliedes erreicht werden insbesondere dann, wenn Dichtfläche und Ventilsitz eine zugeordnete Position einhalten sollen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungsabschnitt zwischen Ventilglied und Zapfen verjüngt bzw. tailliert ausgebildet. Hierdurch wird einerseits eine Massen- oder Gewichtsverringerung erreicht und andererseits eine Vergrößerung des Ringraums, wobei nicht zuletzt aufgrund einer entsprechenden Gestaltung eine Strömungsverbesserung im Bereich des Ventilsitzes erzielbar ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen als radiale Öffnungen schräg zur Ventilachse verlaufende Bohrungen. Die Schräge verläuft in einer gewünschten Strömungsrichtung, so dass das in den Ringraum strömende Medium möglichst wenig die Richtung ändern muss.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen als radiale Öffnungen asymmetrische Ausnehmungen im Gehäuse mit einer als Abstützung für die Schraubenfeder dienenden Brücke. Hierbei ist der Ringraum entgegen der Strömungsrichtung weitgehend offen. Die verbleibende Brücke dient in jedem Fall als Widerlager der Schraubenfeder, wobei die den Zapfen aufnehmende Bohrung in dieser Brücke auch zu dessen Führung dienen kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die radialen Ausnehmungen im Ventilglied durch parallel zur Ventilachse verlaufende Stege getrennt. Hierbei können die Ausnehmungen symmetrisch zu einer durch die Ventilachse laufende Ebene ausgebildet sein aber auch zentralsymmetrisch, nämlich als drei Ausnehmungen die gleichmäßig um die Achse verteilt sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventilglied als Kugel- oder Kegelsegment ausgebildet, wobei über die stromab der Dichtfläche neben den Ausnehmungen verbleibenden Segmentabschnitte das Ventilglied in der Abflussbohrung geführt ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder abschnittsweise in einer Stufenbohrung des Ventilgehäuses angeordnet, deren offene Stirnseite mit dem Auflager einen Öffnungshubanschlag bildet.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Rückschlagventil in eingebautem Zustand im Längsschnitt entsprechend dem Pfeil I in 2
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2 eine Teildraufsicht des Rückschlagventils entsprechend dem Pfeil II in 1
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3 das zweite Ausführungsbeispiel ebenfalls in eingebautem Zustand im Längsschnitt entsprechend den Pfeilen III in 4 und
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4 eine Teildraufsicht entsprechend dem Pfeil IV in 3.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bei dem in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein bewegliches Ventilglied 1 axial und radial für seine Hubbewegung in einem Ventilgehäuse 2 geführt, welches wiederum in eine Gewindebohrung eines Bauteils 3 eingeschraubt ist. Dieses Ventilglied 1 ist durch eine schraubenförmige Druckfeder 4 in Schließrichtung belastet, welche einerseits am Ventilgehäuse 2 angreift und andernends an einem Auflager 5, welches als lösbarer Sicherungsring ausgebildet an dem freien Ende eines Zapfes 6 befestigt ist welcher mit dem beweglichen Ventilglied 1 einteilig verbunden ist. Das bewegliche Ventilglied ist als Kugelsegment ausgebildet mit einer kugeligen Dichtfläche 7, die mit einem kreisförmigen am Gehäuse 2 angeordneten Ventilsitz 8 zusammenwirkt. Das Ventilglied 1 weist stromab der Dichtfläche 7 radiale Ausnehmungen 9 auf, die in Strömungsrichtung bzw. in Hubrichtung des Ventilgliedes 1 zu einer Abflussbohrung 11 hin offen sind. Stromauf des Ventilsitzes 8 ist im Ventilgehäuse 2 ein Ringraum 12 vorgesehen, der mit dem Strömungszufluss 13 des zu steuernden Mediums verbunden ist und der in seinem Kern durch die Verbindung zwischen Ventilglied 1 und Zapfen 6 begrenzt ist, wobei diese Verbindung eine Taille 14 aufweist, um einerseits diesen Ringraum 12 ausreichend groß zu gestalten und andererseits eine günstige Strömungsform für das zu steuernde Medium zu erhalten. Sobald das Ventilglied 1 bei ausreichend hohem Druck des zu steuernden Mediums entgegen der Kraft der Druckfeder 4 öffnet, strömt dieses Medium aus dem Strömungszufluss 13 über den Ringraum 12 vorbei am Ventilsitz 8 und über die Ausnehmungen 9 in die Abflussbohrung 11 bis nach Abnehmen des Mediumdruckes dieser Durchstrom gesperrt wir, indem über die Druckfeder 4 und den Zapfen 6 das Ventilglied 1 mit seiner Dichtfläche 7 auf den Ventilsitz 8 gezogen und der Durchfluss gesperrt wird.
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Bei dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dienen als Verbindung zwischen Strömungszufluss 13 und Ringraum 12 schräg in Strömungsrichtung angeordnete Bohrungen 15, die um die Achse V des Rückschlagventils angeordnet sind und deren Gesamtquerschnitt ausreichend ist. Außerdem ist zur Aufnahme der Druckfeder 4 im Gehäuse 2 eine Abdrehung 16 vorgesehen, deren untere Stirnseite als Angriffsfläche der Druckfeder 4 dient und deren endseitige Stirnfläche 17 als den Hub begrenzender Anschlag mit dem Auflager 5 zusammenwirkt. Diese aus Abflussbohrung 11, Ringraum 12 und Abdrehung 16 gebildete zentrale Bohrung im Gehäuse 2 ist als Stufenbohrung mit Verjüngungen und Erweiterungen ausgebildet, wobei zwischen den Stufen der Abflussbohrung 11 und des Ringraums 12 die Kante für den Ventilsitz 8 gebildet wird. Diese Bohrung weist für einen günstigen Strömungsfluss entsprechende Abrundungen auf. Abgesehen davon, dass die Druckfeder 4 durch die Abdrehung 16 geschützt bzw. nicht mehr unmittelbar dem strömenden Medium ausgesetzt ist, wird das Ventilglied 1 einerseits über den Zapfen 6 in einem Abschnitt 18 dieser Stufenbohrung geführt, andererseits werden die durch Ausnehmungen 9 gebildeten Stege 19 des Kugelsegments radial in der Abflussbohrung 4 geführt. In 2 ist das Auflager 5 und die Druckfeder 4 zur besseren Erkennbarkeit der anderen Teile weggelassen.
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Bei dem in den 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind als Verbindung zwischen dem Strömungszufluss 13 und dem Ringraum 12 Ausnehmungen 21 im Ventilgehäuse 2 vorgesehen, wodurch eine Brücke 22 entsteht, an der sich die Druckfeder 4 einerseits abstützen kann.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilglied
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Bauteil
- 4
- Druckfeder
- 5
- Auflager
- 6
- Zapfen
- 7
- Dichtfläche
- 8
- Ventilsitz
- 9
- Ausnehmungen
- 10
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- 11
- Abflußbohrug
- 12
- Ringraum
- 13
- Strömungszuflu'ß
- 14
- Taille
- 15
- Bohrungen
- 16
- Abdrehung
- 17
- Stirnfläche
- 18
- Abschnitt
- 19
- Steg
- 20
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- 21
- Ausnehmung
- 22
- Brücke
